[發(fā)明專利]動力電池早期故障相平面診斷方法及超前預警系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113376534B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設計）人: 商云龍;李京倫;張承慧;陳桂成;段彬;張奇
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01R31/385
• 分類號: G01R31/385
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提出了動力電池早期故障相平面診斷方法及超前預警系統(tǒng)，包括：以電池的電壓值為橫坐標，用電池電壓的一階差分代替電壓的導數(shù)作為縱坐標構成的相平面，稱為電壓相平面；將根據(jù)電池電壓和電池電壓的一階差分繪制在電壓相平面中的點定義為電池狀態(tài)點；基于滑動窗口計算電池狀態(tài)點的樣本熵，利用樣本熵評價電池是否故障。本故障診斷方法融合了樣本熵方法和相平面，利用相平面填補了樣本熵方法的不足，通過樣本熵對電池狀態(tài)點的復雜度進行分析，實現(xiàn)了全故障的診斷。

技術領域

本公開屬于故障診斷技術領域，尤其涉及動力電池早期故障相平面診斷方法及系統(tǒng)。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

鋰離子電池需工作在適宜的電壓、電流、溫度等安全區(qū)間內(nèi)。當電池在使用過程中不斷老化，其容量逐漸衰減、內(nèi)阻不斷增加，安全性變差，安全工作區(qū)間也隨之改變。如管控不當，動力電池極易發(fā)生過充、過放、過流、過熱等濫用行為，甚至演化為安全事故。故障診斷是保障電池安全可靠運行的監(jiān)測技術。然而，電池早期微小故障具有強隱蔽性、漸變性、強傳播性，導致對故障溯源和超前預警十分困難。

目前常用的基于閾值的方法具有簡單、易實現(xiàn)等優(yōu)勢，能夠有效檢測出電池顯著故障，已廣泛應用于車載電池管理系統(tǒng)BMS。然而，隨著電池老化，電池安全閾值區(qū)間將發(fā)生顯著變化，基于閾值的方法易引發(fā)誤報、不報等問題，且無法應用于故障電池電壓、電流、溫度等參數(shù)未超過閾值時的情況。

中國發(fā)明專利申請(專利號ZL201911024438.2)提出了一種基于修正樣本熵的電池早期故障診斷方法，該方法創(chuàng)造性地引入了樣本熵作為故障檢測的參量，能夠比較靈敏地檢測出引起電壓發(fā)生突變的故障，效果比一般的閾值檢測方法好。可是由于該方法只使用了電池電壓一個狀態(tài)量，對于一些過于細微的電池故障檢測效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述現(xiàn)有技術的不足，本公開提供了動力電池早期故障相平面診斷方法，提高了電池故障的檢測效果。

為實現(xiàn)上述目的，本公開的一個或多個實施例提供了如下技術方案：

第一方面，公開了動力電池早期故障相平面診斷方法，包括：

以電池的電壓值為橫坐標，用電池電壓的一階差分代替電壓的導數(shù)作為縱坐標構成的相平面，稱為電壓相平面；

將根據(jù)電池電壓和電池電壓的一階差分繪制在電壓相平面中的點定義為電池狀態(tài)點；

基于滑動窗口計算電池狀態(tài)點的樣本熵，利用樣本熵評價電池是否故障。

進一步的技術方案，計算樣本熵時，選取一個固定的長度，包括一定量的序列數(shù)據(jù)，該長度記作窗口的長度，當當前窗口的樣本熵數(shù)值計算完成后，窗口向時間的正方向移動預設的步長，以進行下一次的計算，具有上述要素的窗口構成滑動窗口。

進一步的技術方案，計算電池狀態(tài)點的樣本熵時，具體為：

獲得按時間順序排列的電壓狀態(tài)點序列；

將上述序列按序組成一組維數(shù)的向量序列；

將任意兩個狀態(tài)點之間的距離值定義為二者在相平面上的歐式距離；

定義任意兩個向量之間的距離為兩向量對應元素之間距離的最大值；

基于上述距離獲得狀態(tài)點的樣本熵。

進一步的技術方案，在進行故障診斷時，若狀態(tài)點的樣本熵的大于設定閾值時，則認為該電池出現(xiàn)了故障。

第二方面，公開了動力電池早期故障相平面診斷超前預警系統(tǒng)，包括：

電壓相平面構建模塊，被配置為：以電池的電壓值為橫坐標，用電池電壓的一階差分代替電壓的導數(shù)作為縱坐標構成的相平面，稱為電壓相平面；